Фракционная перегонка нефти

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

№ 15. Фракционная перегонка нефти. Сырая нефть после извлечения ее из недр специальными приемами очищается от растворенного в ней газа, воды, минеральных солей и различных механических примесей в виде песка и глины. Практически вся нефть подвергается перегонке на фракции. Фракционная перегонка основана на разнице в температуре кипения отдельных фракций углеводородов, близких по физическим свойствам.

Принципиальная схема перегонки нефти на атмосферно-вакуумных установках (АВУ) показана на рис. 5.12. Нефть, нагретая топочными газами в печи 1 до температуры кипения (~ 350°С) поступает в среднюю часгь ректификационной колонны 2, работающей под атмосферным давлением. Низкокипящие фракции превращаются в пар и устремляются вверх, а высококипящий мазут стекает вниз колонны. Внутри колонны установлены тарелки — перфорированные листы с отверстиями для прохода пара и жидкости. На тарелках в результате противоточного движения фаз образуется пенный слой. В таком слое высококипящие углеводороды охлаждаются, конденсируются и остаются в жидкости, в то время как растворенные в жидкости низкокипящие углеводороды, нагреваясь, переходят в пар. Пары поднимаются на верхнюю тарелку, а жидкость перетекает на нижнюю. Там процесс конденсации и испарения снова повторяется. Современные колонны диаметром до 6 м и высотой до 50 м имеют до 80 тарелок и перерабатывают до 12 млн. т нефти в год. Достигаемая при этом степень разделения обеспечивает выход бензина ~ 14.5% при температуре отбора до 170°C, лигроина - 7,5 % (160 — 200°С), керосина - 18 % (200— 300°С и солярового масла 5% (300 - 350°С). Остаток (55% от массы нефти) составляет мазут, который собирается в нижней части ректификационной колонны 2. При содержании в ней серы более 1 % мазут используется как котельное топливо, и на этом перегонку прекращают. При меньшем содержании серы мазут либо разгоняют на масляные компоненты, либо подвергают крекингу для получения дополнительных количеств бензина, керосино-соляровой фракции и ценных углеводородных газов. При необходимости получения из мазута смазочных масел его подвергают дальнейшей перегонке под вакуумом. Для этого подогретый до кипения в печи 3 мазут подается на разгонку в ректификационную колонну 4, находящуюся под разрежением 0,08 — 0,09 MПа. В результате образуется до 30% гудрона и смазочных масел: 10—12% веретенного, 5% машинного, 3% легкого и 7% тяжелого цилиндрового. Улучшение технико-экономических показателей работы атмосферно-вакуумных установок достигается: 1) утилизацией теплоты отходящих продуктов (для этого нефть перед подачей в печь 1 предварительно подогревают до 170-175°C в теплообменниках 5 теплом продуктов перегонки; последние при этом охлаждаются, что экономит не только тепловую энергию, но и воду на охлаждение в холодильниках 6); 2) использованием вакуума на второй стадии перегонки удастся предотвратить термическое разложение тяжелых углеводородов и снизить температуру кипения мазута, а значит, и расход топлива на его нагревание. Кроме того, вакуум увеличивает скорость парообразования и конденсации, что значительно интенсифицирует процесс. Однако подобная первичная переработка нефти дает лишь грубые фракции сравнительно невысокого выхода и низкого качества. Поэтому большинство из этих фракций подвергают дополнительной вторичной термической переработке. Особенность такой переработки заключается в том, что наряду с температурой, являющейся решающим фактором процесса, вспомогательную роль для уменьшения образования нежелательных побочных продуктов играют давление и время пребывания нефтяных фракций в высокотемпературной зоне. Пример тому — термический крекинг. Термический крекинг мазута. Коксование мазута для уменьшения образования кокса ведут в две стадии. Вначале при 450—470°C и давлении 2,5 MПа получают бензин и среднекипящую фракцию. Для замедления побочных реакций ароматизации

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

углеводородов с образованием кокса выход бензина доводят всего лишь до 10%. На второй стадии увеличивают давление до 4,5 МПа и при 500— 520°C из среднекипящей фракции за счет более глубокого расщепления получают до 30—35% бензина. Наряду с бензином получается до 55% крекингостатка и до 10—15 % газов. Водород, метан, этан, пропан, бутан, этилен, пропилен и бутилен, содержащиеся в газовой смеси, после разделения используются для синтеза полимеров, различных органических соединении, качественного бензина либо высокооктановых добавок к нему. Крекинг-остаток может быть направлен на коксование для получения дополнительных количеств моторного топлива либо использован как местное топливо для сжигания в котельных. При необходимости получения из нефтяных фракций газов и жидких ароматических углеводородов применяют пиролиз. Пиролиз нефтяных фракции происходит в паровой фазе при атмосферном давлении и повышенной до 670—720°C температуре. В результате глубокого расщепления и вторичных реакций синтеза из керосина или легкого газойля получают до 50% газа, ароматические углеводороды и смолу. Газы пиролиза отличаются от газов крекинга повышенным содержанием этилена, пропилена, бутадиена — исходного сырья для получения продуктов основного и тонкого органического синтезов (этилового и метилового спирта, уксусной кислоты, красителей, лекарств) и особенно для получения синтетических волокон, пластмасс, каучуков. По сравнению с термическим крекингом, где сырье и конечные продукты находятся в основном в жидком виде, при пиролизе парообразное состояние нефтяных фракций ухудшает условия передачи теплоты в трубчатой печи от внутренних стенок парам, приводит к увеличению длины труб в печи, большому расходу теплоты на нагревание, росту материалоемкости основного оборудования. В настоящее время термические методы переработки нефтяных фракций быстро вытесняются менее энергоемкими и более эффективными каталитическими процессами, осуществляемыми под значительно меньшим давлением. Высокотемпературная переработка углеводородных газов Известно, что все углеводородные газы можно разбить на три группы: 1) природные газы, образующие самостоятельные месторождения, состоящие на 90% из метана; 2) попутные, сопровождающие добываемую нефть и содержащие метан, этан, пропан и бутан; 3) нефтегазы, образующиеся в результате различных процессов деструктивной переработки нефти: крекинга, пиролиза, риформинга, коксования, гидрокрекинга и т. д., содержащие до 6% водорода, метан, этан, пропан, бутан, а также непредельные углеводороды (этилен, пропилен, бутилен), составляющие до 40% от общего количества газов нефтепереработки. Все эти газы служат ценным топливом и богатым источником сырья для производства органических веществ, в том числе полимеров, лаков, красок, лекарственных веществ и т. д. После очистки, осушки, разделения на компоненты абсорбцией, ректификацией, адсорбцией и хроматографией непредельные углеводороды идут на производство полимеров и другой продукции. На основе парафиновых и ароматических углеводородов производится каталитическое алкилирование олефинами, например, с целью получения высококачественных бензинов. Парафиновые углеводороды (метан, этан, пропан, бутан и др.) подвергаются разложению на различные углеводороды и водород при высокой температуре. Как известно, термическая устойчивость простейших парафинов очень велика, например метан при температуре ниже 700— 800°C практически не разлагается. По мере увеличения молекулярной массы термическая устойчивость парафинов растет. Академик Н. H. Семенов убедительно показал, что при данной температуре имеется практически прямая зависимость между числом углеводородных атомов в молекуле и константой скорости крекинга углеводорода. Термическая обработка метана, этана, бутана проводится при 1000оС для получения непредельных углеводородов и

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

водорода. Например, при крекинге метана образуется ацетилен и водород: 2СН4 => C2H2 + 3Н2 Пиролиз предельных углеводородов имеет несколько разновидностей: термический, термоокислительный, плазменный крекинг, электрокрекинг. Все эти производства связаны с высокими энергозатратами, но наиболее перспективными являются термоокислительный и плазменный методы. Пиролиз метана в настоящее время — весьма важный способ получения водорода и ацетилена. Кроме этого, метан используют для производства аммиака, альдегидов, кислот и других веществ. Подвергая метан конверсии парами воды при 800—1000°C в присутствии катализаторов, получают оксид и диоксид углерода, водород. Водород используют главным образом для производства аммиака CH4 + H2O => СО + 3Н2 – Q. СО + H2O => CO2 + H2O + Q Конверсия метана при недостатке водяного пара и частичное окисление метана дают синтез-газ СО + 2Н2, который используется в качестве сырья для получения метилового спирта. Частичное окисление метана при 1300—1500°C и небольшом давлении приводит к получению оксида углерода и водорода 2СН4 + O2 => 2СО + 4Н2 Чрезвычайно перспективным в настоящее время является процесс прямого окисления метана в метанол и формальдегид при 440°C в присутствии катализаторов 3СH4 + 3O2 => CH3OH + CH2O + СО + 3H2O при этом метанола CH3OH получают 71%, формальдегида CH2O - 14%. В последние годы разрабатывают новые термические методы переработки метана, например, для получения цианистого водорода и сероуглерода CH4 + 2S2 => CS2 + 2H2S Дегидрирование бутана, пентана и других углеводородов для получения олефинов ведут при высокой температуре и в присутствий катализатора.